STL之关联容器

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简介: 关联容器支持高效的关键字查找和访问。两个主要的关联容器(associative-container)类型是map和set。标准库提供8个关联容器,它们的不同体现在三个维度上:或者是一个set,或者是一个map或者要求不重复的关键字,或者允许重复关键字按顺序保存元素,或无序保存。允许重复关键字的容器的开头名字中都包含单词multi;不保持关键字按顺序存储的容器的名

关联容器支持高效的关键字查找和访问。两个主要的关联容器(associative-container)类型是map和set。标准库提供8个关联容器,它们的不同体现在三个维度上:

  • 或者是一个set,或者是一个map
  • 或者要求不重复的关键字,或者允许重复关键字
  • 按顺序保存元素,或无序保存。

允许重复关键字的容器的开头名字中都包含单词multi;不保持关键字按顺序存储的容器的名字都以单词unordered开头。

类型mapmultimap定义在头文件map中;setmultiset定义在头文件set中,无序容器则定义在unordered_mapunordered_set中。

关联容器概述

定义关联容器

每个关联容器都定义了一个默认构造函数,它创建一个指定类型的空容器。也可以将关联容器初始化为另一个同类型容器的拷贝,或是从一个值范围来初始化关联容器,只要这些值可以转化为容器所需类型就可以。在新标准下,也可以对关联容器进行值初始化。

map<string, size_t> word_count; //空容器
set<string> exclude = {"the", "but", "and", "or"}; //列表初始化
//三个元素:authors将姓映射为名
map<string, string> authors = {
    {"Joyce", "James"},
    {"Austen", "Jane"},
    {"Dickens", "Charles"}
};

初始化一个map时,必须提供关键字和值类型。我们将每个关键字-值对包围在花括号中: {key,value} 来指出它们一起构成了map中的一个元素。

初始化multimap和multiset

一个map或set中的关键字必须是唯一的,multimap和multiset则没有此限制。

vector<int> ivec;
for(vector<int>::size_type i = 0; i != 10; i++)
{
    ivec.push_back(i);
    ivec.push_back(i);
}

set<int> iset(ivec.begin(), ivec.end());
multiset<int> miset(ivec.begin(), ivec.end());

cout<<ivec.size()<<endl; //打印出20
cout<<iset.size()<<endl; //打印出10
cout<<miset.size()<<endl; //打印出20

pair类型

定义在头文件utility中。
一个pair保存两个数据称愿。类似容器,pair是一个用来生成特定类型的模板。当创建一个pair时,我们必须提供两个类型名,pair 的数据成员将具有对应的类型。两个类型不要求一样。

pair<string, string> anon;
pair<string, size_t> word_count;
pair<string, vector<int>> line;

pair的默认构造函数对函数成员进行值初始化(string被初始化为空字符串,size_t被初始化为0)。也可以为每个成员提供初始化器:

pair<string, string> author("James", "Joyce");
pair<string, string> author()

与其他标准库类型不同,pair的数据成员是public的,两个成员分别命名为first和second,我们用普通的成员访问符号来访问它们。

其他操作:

pair<string, string> author;
pair<string, string> author1("aaaa","dddd");
pair<string, string> author2{"aaaa","dddd"};
pair<string, string> author3 = {"aaaa","dddd"};

//返回一个用v1和v2初始化的pair,pair的类型从v1和v2的类型推断出来
auto p = make_pair(11,22);
auto q = make_pair("aaaa", "bbbb");

关联容器操作

类型别名 含义
key_type 此容器类型的关键字类型
mapped_type 每个关键字关联的类型;只适用于map
value_type 对于set,与key_type相同
对于map,为pari<const key_type, mapped_type>

由于我们不能改变一个元素的关键字,因此这些pair的关键字部分是const的。只有map类型才定义了mapped_type。

一个map的value_type是一个pair,我们可以改变pair的值,但不能改变关键字成员的值。

添加元素

c.insert(v) //v是value_type类型的对象
c.emplace(args)
c.insert(b,e) //b,e是迭代器
c.insert(il) //il是value_type类型值的花括号列表
c.insert(p, v) //类似于`insert(v)`,但将迭代器p作为一个提示,指出从哪里开始搜索新元素应该存储的位置
c.emplace(p, args)

删除元素

c.erase(k) //从c中删除每个关键字为k的元素,返回一个size_t类型的值,指出删除的元素的数量
c.erase(p) //从c中删除迭代器p指定的元素,返回一个指向p之后元素的迭代器
c.erase(b, e) 删除迭代器对b和e所表示的范围中的元素。返回e。

map的下标操作

类似于其他下标操作符,map下标操作符接受一个索引,获取与此关键字相关联的值。与其他下标操作不同的是,如果关键字不存在于map中,会为它创建一个元素并插入到map中,关联值将进行值初始化。

操作 含义
c[k] 返回关键字为k的元素;如果不存在则添加一个关键字为k的元素,对其进行值初始化
c.at(k) 访问关键字为k的元素,带参数检查;若k不在c中,抛出一个out_of_range异常

map的下标操作符返回一个左值,既可以读也可以写。

访问元素

操作 含义
c.find(k) 返回一个迭代器,指向第一个关键字为k的元素,若k不在容器中,则返回尾后迭代器
c.count(k) 返回关键字等于k的元素的数量。对于不允许重复的容器,返回值永远是0或1
c.lower_bound(k) 返回一个迭代器,指向第一个关键字不小于k的元素
c.upper_bound(k) 返回一个迭代器,指向第一个关键字大于k的元素
c.equal_range(k) 返回一个迭代器pair,表示关键字等于k的元素的范围。若k不存在,pair的两个成员均等于c.end()

无序容器

新标准定义了4个无序关联容器(unordered associative container)。这些容器不是使用比较运算符来组织元素,而是使用一个哈希函数(hash function)和关键字类型的==运算符。

除了哈希管理操作之外,无序容器还提供了与有序容器相同的操作。

有序容器的迭代器通过关键字有序访问容器中的元素。无论在有序容器中还是在无序容器中,具有相同关键字的元素都是相邻存储的。

哈希函数(hash function)将给定类型的值映射到整型(size_t)值的函数。相等的值必须映射到相同的整数;不相等的值应尽可能映射到不同整数。

严格弱序:关联容器所使用的关键字间的关系。在一个严格弱序中,可以比较任意两个值并确定哪个更小。若任何一个都不小于另一个,则认为这两个值相等。

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